Уменьшение загрязнения от сталелитейной промышленности

Аннотация: В последние годы Центральный комитет партии и Государственный совет придают большое значение переходу металлургической промышленности на сверхнизкий уровень выбросов. На многих важных совещаниях и в отчетах о работе правительства предлагалось содействовать переходу металлургической промышленности на сверхнизкий уровень выбросов. В «Мнениях о содействии внедрению сверхнизких выбросов в металлургической промышленности» (по материалам издания Хуань Тайци [2019] № 35) всем регионам предписывается поэтапно и регионально осуществлять переход металлургической промышленности на сверхнизкий уровень выбросов. Установленные в «Мнениях» предельные значения выбросов эксперты отрасли называют «самыми строгими стандартами в истории». В этой общей ситуации, проанализировав требования к показателям выбросов твердых частиц, изложенные в документе, и текущее состояние технологий пылеудаления в нашей стране, мы сравнили преимущества и недостатки основных технологий пылеудаления, пользующихся высоким признанием в отрасли, и обсудили выбор технологических маршрутов пылеудаления в соответствии с новыми требованиями. Это позволит усовершенствовать идеи для использования соответствующими металлургическими компаниями и поможет одержать победу в борьбе с загрязнением воздуха.
В целях реализации решений и указаний Центрального комитета партии и Государственного совета в апреле 2019 года Министерство экологии и окружающей среды совместно с Комиссией по развитию и реформам и Министерством промышленности и информационных технологий выпустило «Мнения о содействии внедрению сверхнизких выбросов в сталелитейной промышленности» (далее — «Мнения»). В «Мнениях» вновь ужесточены первоначальные стандарты выбросов твердых частиц в различных процессах производства стали, и предложено, чтобы сверхнизкие выбросы означали сверхнизкие выбросы на протяжении всего процесса. В них также выдвинуты требования к прогрессу в области сверхнизких преобразований в различных регионах, что способствует дальнейшему развитию технологий пылеудаления и обработки в сталелитейной промышленности. Однако в настоящее время большинство отечественных металлургических предприятий имеют длительный доменно-конвертерный процесс, включающий множество сложных технологических операций. Соблюдение стандартов выбросов твердых частиц на протяжении всего производственного процесса — непростая задача. Более того, развитие отечественных металлургических предприятий неравномерно, и производственные мощности, не соответствующие экологическим стандартам, по-прежнему встречаются редко. Таким образом, модернизация и усовершенствование пылеулавливающих установок являются крайне необходимыми. Поэтому в условиях нынешней политики охраны окружающей среды достижение сверхнизкого предела выбросов пылевых частиц в короткие сроки, несомненно, является наиболее актуальной проблемой, стоящей перед сталелитейными компаниями.
Зеркальное золото1
1. Требования к контролю выбросов твердых частиц при переходе на сверхнизкий уровень выбросов.
В апреле 2019 года был официально запущен документ «Мнения», вызвавший волну экологического протеста в сталелитейной отрасли и заявивший о том, что сталелитейная промышленность страны в целом вступила в общую ситуацию перехода к сверхнизким выбросам. Что касается показателей выбросов твердых частиц, то в «Мнениях» требуется, чтобы отработанные газы в виде организованных выбросов, дымовые газы от спекательных машин и обжига окатышей (включая шахтные печи, колосниковые вращающиеся печи, ленточные обжиговые печи), дымовые газы коксовых печей, а также другие основные источники загрязнения (включая отработанные газы спекательных машин, загрузку угля, сухое охлаждение кокса, доменные печи, доменные ямы и цеха выпуска, предварительную обработку расплавленного металла, вторичные дымовые газы конвертеров и т. д.) имели почасовую среднюю концентрацию выбросов твердых частиц не выше 10 мг/м³, при этом почасовая средняя концентрация выбросов должна соответствовать стандарту не менее чем в 95% случаев в месяц. Отходящие газы находятся в неорганизованной форме, на участках транспортировки и разгрузки материалов, в процессах спекания, гранулирования, производства чугуна, коксования и других процессах происходит измельчение и просеивание материалов. Необходимо предусмотреть пылеуловительные установки, включая смесительное оборудование и оборудование для удаления отходов. Кроме того, в разделе «Мнения» также отмечается, что предприятиям следует выбирать зрелые и применимые экологически безопасные технологии преобразования в соответствии с условиями производства и поощрять использование передовых пылеуловительных установок, таких как пылеуловители с пленочным покрытием и картриджные пылеуловители, что указывает направление выбора технологии пылеудаления.
2. Текущее состояние применения технологий пылеудаления
После исследования более чем 20 металлургических предприятий было установлено, что почти все они используют высокоэффективные рукавные или картриджные фильтры для очистки пылесодержащих отходящих газов, а в некоторых процессах, приводящих к образованию влажных отходящих газов, применяются влажные электростатические осадители. Компания считает, что эти отработанные процессы обладают наилучшим эффектом очистки пыли и отходящих газов, что соответствует технологии пылеудаления, упомянутой в разделе «Мнения». Кроме того, в соответствии с возможными технологиями очистки твердых частиц в отходящих газах, указанными в «Технических условиях на получение и выдачу разрешений на загрязнение», за исключением отходящих газов, образующихся при чистовой прокатке прокатных станов горячей прокатки, другие узлы образования загрязняющих веществ в отходящих газах могут быть очищены с помощью рукавных фильтров (с мембранным фильтрующим материалом) и картриджных фильтров. Поэтому в данной статье в основном анализируются преимущества, недостатки и применение технологий пылеудаления с помощью рукавных и картриджных фильтров.
Мешочный фильтр появился раньше и использовался ещё в конце эпохи вестернизации. Он в основном применялся для фильтрации сухого, запылённого газа с мелкими частицами. Фильтрующий мешок изготавливался из различных фильтрующих волокон (химического волокна или стекловолокна) методом плетения или иглопробивания и использовал фильтрующую функцию волокнистой ткани для фильтрации газа, содержащего пыль. Картриджный пылесборник появился относительно поздно. В 1970-х годах в западных странах появились некоторые пользователи. Они считали, что этот тип пылесборника относительно невелик по размеру, значительно повышает эффективность обработки и прост в обслуживании. Однако, если необходимо обрабатывать запылённый газ с большим объёмом воздуха, эффект обработки будет низким из-за малой производительности осадителя, что затрудняет его применение на крупных промышленных предприятиях, поэтому он долгое время не получал широкого распространения. С начала XXI века мировые материальные технологии стремительно развиваются. Некоторые зарубежные компании первыми усовершенствовали конструкцию и фильтрующий материал пылесборника, увеличив его общую производительность в несколько раз и создав крупный пылесборник с площадью фильтрации более 2,000 м2.
3. Сравнительный анализ технологий пылеудаления
1. Мешочный пылесборник
(1) Принцип работы рукавного фильтра
Запыленный газ поступает в вентиляционный канал из пылеулавливающего колпака, достигает выходного отверстия, выдувается вытяжным вентилятором, а затем с помощью силы тяжести и инерции улавливается дым и пыль через волокнистый пылеулавливающий фильтр-мешок.
(2) Основные факторы, влияющие на эффективность рукавного фильтра
К основным характеристикам рукавного фильтра относятся эффективность пылеудаления, потери давления и срок службы. К основным факторам, определяющим эффективность пылеудаления и срок службы рукавного фильтра, относятся соотношение воздуха и ткани, тип фильтрующего материала и выбор метода пылеудаления.
Фильтрующий материал рукавного фильтра эволюционировал от обычных волокон к сверхтонким волокнам, затем к волокнам специальной формы с поперечным сечением, а затем к мембранной структуре из ePTFE. Обычные волокна не способны контролировать мелкие частицы пыли, поэтому для достижения сверхнизкого уровня пылеобразования необходимо изменять структуру волокон или применять внешнее воздействие; сверхтонкие волокна с поперечным сечением имеют большую удельную площадь поверхности, что приводит к увеличению площади фильтрации и, следовательно, к снижению отношения воздуха к ткани; мембрана из ePTFE способна задерживать частицы пыли на поверхности мембраны. В настоящее время в качестве материала для фильтрующего рукавного фильтра выбирают тот, который обладает более высокой эффективностью пылеудаления.
2. Пылесборник картриджа
Принцип работы пылесборника с фильтрующим картриджем: пылесодержащий газ поступает в вентиляционный канал через пылесборник и подается в корпус с помощью внешнего вытяжного вентилятора. Поскольку корпус имеет гораздо больший радиус, чем труба, воздушный поток расширяется, и более тяжелые крупные частицы пыли оседают под действием силы тяжести. Более легкие мелкие частицы пыли попадают в фильтрующий картридж вместе с воздушным потоком, задерживаются фильтрующим элементом в результате ряда комплексных воздействий и затем отделяются от воздуха.
3. Сравнение преимуществ и недостатков рукавного и картриджного фильтров.
Мешочные пылесборники и картриджные фильтрующие пылесборники имеют свои преимущества и недостатки в процессе эксплуатации. При выборе метода пылеудаления следует всесторонне учитывать особенности конкретного предприятия. Преимущества и недостатки представлены в таблице 1.
Четвертый этап: анализ практических примеров применения на предприятии.
Рассмотрим в качестве примера модернизацию процесса пылеудаления в технологическом участке доменной печи сталелитейного завода в провинции Хэбэй. Первоначально компания использовала рукавный фильтр для удаления пыли из отходящих газов, образующихся в доменной печи. Однако в процессе эксплуатации было обнаружено, что из-за условий работы это создает проблемы с мешочными фильтрами. В то же время, из-за низкой эффективности пылеудаления рукавного фильтра, выбросы отходящих газов в этом участке не могут стабильно соответствовать требованиям сверхнизких норм выбросов. Учитывая условия достижения стандарта и капиталовложения в замену рукавного фильтра, компания решила модернизировать процесс пылеудаления и заменить рукавный фильтр на картриджный фильтр. Параметры и сравнение эффективности до и после модернизации показаны в таблице 2.
Согласно данным онлайн-мониторинга до и после модернизации, концентрация твердых частиц в выхлопных газах в этом участке значительно снизилась и стабильно достигает уровня в пределах 10 мг/м³, что соответствует требованиям стандартов сверхнизких выбросов. По сравнению с периодом до модернизации, после использования пылесборника с фильтрующими картриджами, проблема быстрого износа и протечки фильтрующего мешка устранена, в основном, его можно использовать длительное время без технического обслуживания, даже если фильтрующий картридж снимается и заменяется, что очень удобно, и позволяет увеличить полезную площадь в ограниченном пространстве. Эффективная площадь фильтрации уменьшается, перепад давления невелик, а эффект пылеудаления относительно стабилен. Однако после замены пылесборника с фильтрующими картриджами также появились некоторые недостатки.
В ходе общения с внутренним персоналом компании автор узнал, что оборудование после модернизации стало более сложным, чем раньше, и компании необходимо обеспечить высокий уровень управления отгрузкой, установкой и техническим обслуживанием оборудования. Кроме того, селективность пылесборника с фильтрующим картриджем для сухих типов пыли оказалась ниже ожидаемой, и он не обладает высокой эффективностью пылеудаления для всех типов пыли. Для применения во всех процессах необходимы дальнейшие углубленные исследования и разработки. В целом, в условиях ужесточения требований охраны окружающей среды, с учетом экологических норм, эффект от замены оборудования остается весьма значительным.
Пять, краткие предложения
1. Рекомендации по выбору процесса
В настоящее время, без учета влажного пылеудаления, оптимальным выбором технологии пылеудаления в условиях сверхнизких выбросов является картриджный пылеуловитель и рукавный фильтр. Оба типа пылеуловителей имеют свои преимущества и недостатки. Для перехода сталелитейных предприятий на сверхнизкие выбросы твердых частиц рекомендуется выбирать технологию пылеудаления в соответствии с реальными условиями и собственными потребностями. Если первоначальный процесс пылеудаления с помощью рукавных фильтров все еще не позволяет достичь стабильных стандартов выбросов, первым шагом может стать рассмотрение возможности замены микропористой мембраны из ПТФЭ и градиентного фильтрующего материала с ультратонким волокнистым поверхностным слоем. Во-вторых, следует рассмотреть возможность замены процесса пылеудаления с помощью картриджного фильтра для завершения перехода на сверхнизкие выбросы и достижения стандартных показателей выбросов.
2. Рекомендации по инженерному проектированию
Чтобы помочь компаниям выполнить соответствующие требования «Мнений» и предоставить рекомендации по проектированию и строительству, в январе 2020 года Китайская ассоциация предприятий охраны окружающей среды выпустила «Технические рекомендации по переходу предприятий металлургической промышленности на сверхнизкий уровень выбросов», в которых для процесса высокоэффективного пылеудаления с помощью рукавных фильтров и барабанных пылеулавливающих установок предлагается ряд технических параметров, на которые предприятиям рекомендуется опираться в процессе перехода на сверхнизкий уровень выбросов, исходя из своих фактических условий. В качестве примера, рукавный фильтр: рекомендуется, чтобы при заключении контракта скорость потока воздуха через фильтр составляла менее 0.8 м/мин. В данном случае скорость потока воздуха через фильтр должна быть максимальной. Максимальная скорость потока воздуха через фильтр — это теоретически рассчитанная скорость потока воздуха через фильтр. Когда пылеуловитель, расположенный вне линии, очищает пыль, один из бункеров закрывается, и фактическая скорость потока воздуха через фильтр увеличивается. В это время выбросы, скорее всего, превысят допустимые значения, поэтому требование заключается в максимальной скорости потока воздуха через фильтр. Рекомендуется оснащать пылесборник дефлектором для регулирования распределения воздушного потока. Если дефлектор не выбран, фильтрующий мешок или картридж будут вымываться воздушным потоком, что сократит срок их службы.
«Защита голубого неба» вступила в заключительный этап решения сложных проблем. Сталелитейная промышленность, являясь важнейшим полем битвы за предотвращение и контроль загрязнения воздуха, играет важнейшую роль в переходе к сверхнизким уровням выбросов. Металлургические компании должны активно реагировать, уточнять концепции контроля загрязнения окружающей среды и содействовать улучшению качества окружающей среды и модернизации промышленности.